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摘要：在电子产品功能越来越强的同时，对手机的要求也越来越高，电路板的小型化设计成为许多电子设计公司的研究课题。本文以电路板小型化设计的方法、挑战和趋势为主线，结合Cadence SPB16.5电路板小型化设计中的强大功能，全面分析电路板小型化设计的工程实现。主要包括以下内容：电路板小型化设计的现状和趋势，以及当前主流HDI加工技术、最新ANYLAYER（任意阶段）技术的设计方法和技术实现，介绍埋阻、埋容的应用、嵌入式部件的设计方法和技术实现。同时，Cadence SPB对利用16.5软件的电路基板的小型化设计的支持进行说明。最后，介绍HDI高速设计的应用及模拟方法，HDI通信系统产品中的应用，HDI与背书钻头的比较等。
关键词：电路板的小型化设计、HDI、ANYLAYER（任意阶段）技术、嵌入式设备、信号匹配性
1.引用
产品小型化的优点明显，带动了电路板小型化设计技术的发展。主要有以下技术。
1、传统意义上的HDI技术，经过多年的发展，现在国内厂家可以做到3+n+3，也就是说3楼盲埋孔的设计已经逐渐成熟起来。
2、ANYLAYER（任意阶段）技术也被称为任意的检修技术ALIVH-Any Layer IVH Structure Multiplayer printed Wiring Board，随着苹果的iPhone4和iPad的采用ANYLAYERHDI任何阶段技术也被许多智能手机等制造商所关注
3、埋阻、埋容和嵌入式部件，很多制造商多年研究埋阻、埋容技术，埋容也实现了批量生产，嵌入式部件自古以来就在航空宇宙和军事领域被广泛使用，最近几年随着SiP的普及，在一般的电子产品领域也开始点火，是比较新的技术多用于包装板。
小型化技术的普及，除了对电路板的生产技术带来很大的挑战外，对设计方法、观念、工具等也产生了深远的影响。传统的设计工具效率低下，没有相应的约束规则，需要大量的人工介入检查，容易发生错误，设计工程师需要支持电路板小型化设计技术的新工具。Cadence SPB16.5全面增强对电路板小型化设计的支持，增加嵌入的元装置的设计方法，并且进一步优化和强化HDI和ANYLAYER技术的支持。
2.HDI技术及过程实现
HDI：High density Interconnect、高密度互连。传统PCB板钻头受钻头刀的影响，钻孔直径达到0.15mm时，成本非常高，难以再改善。另一方面，HDI板的钻头不是依赖于传统的机械钻头，而是利用激光钻头和机械钻头的结合应用。HDI也就是一般我们所说的盲埋孔技术。HDI技术的出现适应并推进了PCB行业的发展。在PCB板内，可以排列更紧密的BGA、QFP等。
2.1HDI的分类
IpC在2315中详细描述了HDI的分类，但是这里根据激光孔深度分为一次HDI，二次HDI的三次HDI。
一次HDI技术是一种其中盲孔仅连接表层和与其相邻的二次外层的孔形成技术。通常，激光孔和磁盘使用4/12mil（5/12mil），当然，现在也可以采用与4/10mil mil那样的更小的盘对应的密度高的配线。内层的百叶窗一般采用普通的孔。另一方面，二次HDI技术包括激光盲孔直接从表层钻孔到第三层（2+N+2）、表层钻孔到第二层、从第二层钻孔到第三层这两种形式（1+1+N+1），其加工难易度远大于一次HDI技术。3次HDI板的加工制作过程与2次几乎相似，增加了几个类型的孔。现在，国内的两个阶段HDI的设计和加工非常成熟。
2.2HDI板设计上的课题
在多步骤HDI的设计中，需要一个灵活而强大的约束管理器，可以识别微孔和普通机器孔，并设置与其他元件的间距限制。同名网络的介绍关系变得复杂，需要支持各种各样的情况下的同名网络间隔介绍检查。需要明确显示不同类型的检修信息，便于设计工程师的管理。Allegro的3D结构视图有助于更好地理解不同孔的结构。
Cadence的SPB16。X平台具有强大的设计功能HDI。
首先，MicroVia的属性使得由HDI过程实现的微孔与常规的机械实现的盲埋孔完全区分，并且被个别地限制。通过组合分开的同名网络设计约束、盘内孔设计约束等，实现了灵活而强有力的约束驱动HDI设计。
ViaLabels功能能够更容易地显示设计者连接到微孔的层，进行设计计划。同时结合基于OpenGL的3D大修结构的实际功能，有助于工程师实现从平面到立体的复杂的多次大修结构管理。
离散设计功能可以自动地基于布线层实现通孔垫的存在和消除，并且通过从设计开始移除垫来实现更优化的布线空间利用率。与此一致的功能是追加Hole以及其他要素的间距介绍设定。
其他功能有DRC Modes的Viain Pad拘束设定、大修类型的结构例子图、强力的Fan out功能、BGA接线功能等。
Cadence采用强大的电路板小型化设计工具，结合自身HDI的设计和加工能力，完美完成了许多密度高的小型化产品设计任务。
在3阶段HDI的情况下，借助Cadence的设计平台和HDI设计领域的多年经验，完美完成了设计。同时由于密度原因设计的最小线宽和间距达到2.4mil，挑战了行业内的界限。借助本公司的板工厂和合作厂商HDI生产加工中的领先技术能力，帮助客户完成板和贴片。
3.ANYLAYER（任意阶段）技术
近年来，芯片的集成度越来越高，以满足一些高端消费类电子产品的小型化需求，BGA管脚节距越来越近（0.4pitch以下），PCB的布局也越来越紧凑，线密度也越来越大，从而提高设计的布线率为了不影响信号匹配性等性能，ANYLAYER（任意阶段）技术的应用被产生，这是任意的检修技术（ALIVH？Any Layer IVH Structure Multillayer printed Wiring Board）。
3.1任意层检修技术的特征
与HDI技术的特征相比，任何层大修技术的最大优点是设计自由度大幅增加，可以在层间随意打开孔，而不是ＨＤＩ过程。一般来说，国内厂商最复杂的结构HDI的设计极限是3次ＨＤＩ板，由于HDI没有完全采用激光钻头，所以内层埋孔采用了机械孔，因此钻孔的要求要比激光孔大得多，机器孔必须占据通过的水平的空间。因此，HDI该结构与ALIVH技术的任何钻孔相比，内层核心板的孔径也可以在0.2mm的微孔中使用，这有很大的差别。因此ALIVH板的行驶空间会比HDI大幅度提高吧。另外，ALIVH的成本和加工难度也比HDI工艺高。
3.2任意层穿孔设计的挑战
任何层大修技术完全颠覆了传统的大修设计方法。另外，需要设置不同层的大修时，管理会变得困难。设计工具需要具备智能的钻孔能力，同时可以任意组合或分割。
Cadence在现有的布线层基础的配线方式中，追加了Working Layer基础的配线方式，Working Layer通过面板检查能够进行环路线的层，双击穿孔，则能够选择任意的层间进行配线。
4.埋阻、埋容以及嵌入设备
快速接入互联网和社交网络需要高集成和小型手持设备。现在依赖最先进的4-N-4HDI技术。然而，为了实现下一代新技术的更高互连密度，在本领域中，活动部件的入侵PCB和嵌入到基板中可以满足以上要求。设计手机时，考虑数码相机等消费类电子产品、嵌入活动部件的方法PCB和基板是当前设计的最佳选择。这个方法根据供应商的不同可能会有所不同。嵌入部件的另一个优点是提供知识产权保护并防止所谓的反向设计。AllegroPCBEditor可以提供最佳的工业解决方案。AllegroPCBEditor也可以与HDI板、柔性板、嵌入部件更紧密地协作。要完成嵌入部件的设计，可以得到正确的参数和限制。嵌入装置的设计不仅可以简化后续SMT过程，而且可以大大提高产品所示的清洁度。
5.HDI高速应用及模拟方法的设计
高速串行总线随着技术的发展，信号传输速度继续提高，大修寄生参数的影响也越来越被重视。高速模拟工程师关注霍尔优化，并通过各种手段降低了霍尔寄生参数的影响。HDI通过采用盘孔的设计要件，能够降低表层装置的寄生参数。同时，微孔的电感和容量仅为标准孔的约十分之一。
还是存在很多问题，寄生容量是对地容量，机器孔6层都不能连接到接地面，计算比公式复杂得多；在当前的大修生产中，基本上采用了去除非连接层的大修垫的离散过程，可以有效降低大修的寄生容量。在这种情况下，仅简单地考虑霍尔特性阻抗的影响是不够的。
微孔的阻抗可以相对容易地优化差分线的100欧姆阻抗值，从而减少由于过孔引起的阻抗不连续而引起的快速问题。
从以上分析可知，微孔的高速性能远优于通常的机械孔，没有Stub的问题，即使采用了背钻过程，机械孔也无法避免一定的长度Stub。这个Stub经常是对高速电路性能有影响的致命杀手。
如果对微孔的过电流能力感兴趣，可以根据需要将微孔填充在铜中以提高载流子能力。
6.结论
Cadence的SPB16。X平台提供了卓越的电路板小型化设计能力，在HDI多段大修设计、任意段大修设计、嵌入式设备设计、基于pDN埋容仿真分析等领域提供了优秀的支持。基于HDI进行优化更新的限制管理器有助于工程师实现电路板小型化设计领域的约束驱动布局布线，提高设计效率，保证设计成功率。
Cadence基于强大的平台和自身HDI的设计经验，同时结合本公司的板厂和合作伙伴在国内领先HDI的加工能力，提供全方位电路板的小型化设计、模拟、生产、组装等一站式服务可以全面实现客户在小型化领域的各种需求。
